宫维佳
（东南大学土木工程学院，南京，210096）
【摘 要】铸钢节点因其具有良好的力学性能和灵活的结构形式，从而得到广泛的应用。但其不可避免的存在铸造缺陷，文中对铸造缺陷的存在给铸钢节点力学性能带来的影响进行了初步的探讨，对于铸钢节点设计以及应用具有一定的指导意义。
【关键词】铸钢节点；力学性能；有限元方法
铸钢节点造型灵活，外形美观大方，设计自由度较高，通常采用一次性浇注，整体受力性能优良，近年来，铸钢节点在一些大型化、复杂化的建筑结构中得到了广泛的应用。国内也涌现了不少具有代表性的建筑，如北京奥运会老山自行车馆[1]，重庆江北国际机场新航站楼[2]，德国斯图加特内森巴赫高架桥[3]等。但是由于铸钢节点部分材料的匀质性相对较差，铸钢节点不可避免的存在铸造缺陷。铸造缺陷的存在会对铸钢节点的力学性能带来一定的影响。本文基于有限元模拟的方法，对铸造缺陷的存在给铸钢节点力学性能带来的影响进行了探讨。
1、K型铸钢节点实体模型的建立
本文中采用实体单元建立模型，模型尺寸如表1：
文献[4]、[5]中由试验得出：铸钢节点缺陷的大小与其材料的弹性模量呈现一定的负相关性，即：铸钢节点缺陷越大，则材料的弹性模量越小。基于此，本文拟通过改变铸钢材料的弹性模量来反映节点的铸造缺陷。
当前对铸钢节点的研究多是将其作为一个整体，即：考虑铸造缺陷对其力学性能的影响，虽然对其弹性模量进行相应折减，但整个铸钢节点的弹性模量是统一的。然而，在实际情况中，铸钢节点的铸造缺陷在不同部位出现的概率并不是均等的，对于K型铸钢节点，铸造缺陷多出现在中间相贯线附近，而在主管及支管平直部位出现的概率则相对较小。将其整体的弹性模量进行等效折减并不能准确的反映出铸造缺陷对其性能的影响。
为了能够更为准确的反映铸造缺陷在不同部位出现对铸钢节点力学性能的影响，本文对铸钢节点的模型进行了更为精细的建立，将其不同部位进行了分区处理，如图1所示。
可以发现：在同样的荷载作用下，存在铸造缺陷的铸钢节点其最大应力值是不含铸造缺陷铸钢节点的3——3.4倍，相贯线处应力值亦是完好铸钢节点的3倍左右。
5、结论
文中对铸钢节点不同部位铸造缺陷给铸钢节点力学性能带来的影响进行了初步的探讨，可以明显看出：铸造缺陷的存在，对铸钢节点力学性能的影响比较明显。在进行铸钢节点设计及相关工程应用时，应对其进行关注。
参考文献：
[1]赵宪忠,王冠男等.北京奥运会老山自行车馆柱脚铸钢节点试验研究. 建筑结构学报,2008,29(1):10-15.
[2]戴国欣,李万伟等. 重庆江北国际机场新航站楼大跨钢桁架铸钢节点性能研究. 建筑结构学报,2005,26(4):70-76.
[3]Senta Sturm, A. Nussbaumer, Manfred A. Hirt. Fatigue behaviour of cast steel nodes in bridge structures[J]. Proceedings of the 10th International Symposium on Tubular Structures, September, 2003, Madrid, "Tubular Structures X", A. A. Balkema Publishers, pp. 357-364．
[4]RicardA.Hardin, Christoph Beckermann. Prediction of the fatigue life of cast steel containting shrinkage porosity. The Minerals, Metallurgical and Materials Transactions A,2009,40A,581-597.
[5]K.M.Siglt,R.A.Hardin,R.I.Stephens. Fatigue of 8630 cast steel in the presence of porosity. International Journal of Cast Metals Research,2004,17(3):130-146.
论文作者:宫维佳
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/14
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